KR20190126778A - 축방향으로 단계적인 연료 분사를 갖는 연소 시스템 - Google Patents

축방향으로 단계적인 연료 분사를 갖는 연소 시스템 Download PDF

Info

Publication number
KR20190126778A
KR20190126778A KR1020197024159A KR20197024159A KR20190126778A KR 20190126778 A KR20190126778 A KR 20190126778A KR 1020197024159 A KR1020197024159 A KR 1020197024159A KR 20197024159 A KR20197024159 A KR 20197024159A KR 20190126778 A KR20190126778 A KR 20190126778A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
duct
fuel
fuel injectors
disposed along
conical
Prior art date
Application number
KR1020197024159A
Other languages
English (en)
Other versions
KR102507935B1 (ko
Inventor
케빈 웨스턴 맥마한
조나단 드윗 베리
마이클 존 휴스
Original Assignee
제너럴 일렉트릭 캄파니
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 제너럴 일렉트릭 캄파니 filed Critical 제너럴 일렉트릭 캄파니
Publication of KR20190126778A publication Critical patent/KR20190126778A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102507935B1 publication Critical patent/KR102507935B1/ko

Links

Images

Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/28—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the fuel supply
    • F23R3/34—Feeding into different combustion zones
    • F23R3/346—Feeding into different combustion zones for staged combustion
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02C—GAS-TURBINE PLANTS; AIR INTAKES FOR JET-PROPULSION PLANTS; CONTROLLING FUEL SUPPLY IN AIR-BREATHING JET-PROPULSION PLANTS
    • F02C7/00—Features, components parts, details or accessories, not provided for in, or of interest apart form groups F02C1/00 - F02C6/00; Air intakes for jet-propulsion plants
    • F02C7/22—Fuel supply systems
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F23—COMBUSTION APPARATUS; COMBUSTION PROCESSES
    • F23R—GENERATING COMBUSTION PRODUCTS OF HIGH PRESSURE OR HIGH VELOCITY, e.g. GAS-TURBINE COMBUSTION CHAMBERS
    • F23R3/00—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel
    • F23R3/02—Continuous combustion chambers using liquid or gaseous fuel characterised by the air-flow or gas-flow configuration
    • F23R3/04—Air inlet arrangements
    • F23R3/06—Arrangement of apertures along the flame tube
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2220/00—Application
    • F05D2220/30—Application in turbines
    • F05D2220/32—Application in turbines in gas turbines
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F05—INDEXING SCHEMES RELATING TO ENGINES OR PUMPS IN VARIOUS SUBCLASSES OF CLASSES F01-F04
    • F05D—INDEXING SCHEME FOR ASPECTS RELATING TO NON-POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES OR ENGINES, GAS-TURBINES OR JET-PROPULSION PLANTS
    • F05D2240/00—Components
    • F05D2240/35—Combustors or associated equipment

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Pre-Mixing And Non-Premixing Gas Burner (AREA)

Abstract

축방향으로 단계적인 연소 시스템은 1차 연료 노즐, 1차 연료 노즐로부터 하류에 한정되는 1차 연소 구역, 1차 연소 구역으로부터 하류에 배치되는 원추형 덕트, 및 원추형 덕트로부터 하류에 배치되는 일체형 출구 피스를 포함한다. 원추형 덕트 및 일체형 출구 피스는 덕트 섹션의 고온 가스 경로를 적어도 부분적으로 형성한다. 복수의 연료 분사기가 덕트 섹션의 축방향 중심선에 대해 반경방향 내향으로 배향되고, 1차 연소 구역으로부터 하류에 배치된다. 복수의 연료 분사기의 각각의 연료 분사기는 고온 가스 경로 내로의 2차 연료-공기 혼합물의 분사를 제공한다. 복수의 연료 분사기는 원추형 덕트 및 일체형 출구 피스 중 적어도 하나를 따라 분포된다.

Description

축방향으로 단계적인 연료 분사를 갖는 연소 시스템
본 발명은 대체적으로 가스 터빈의 연소 시스템을 수반한다. 더 구체적으로, 본 발명은 축방향으로 단계적인(axially staged) 연료 분사를 포함하는 연소 시스템에 관한 것이다.
전형적인 터보기계는 입구 공기를 압축하기 위한 압축기, 압축된 입구 공기가 연료와 함께 연소되는 연소기, 연소의 생성물이 발전 목적을 위해 수용가능한 터빈 및 전이 피스(transition piece)를 포함한다. 전이 피스는 연소기와 터빈 사이에 유체 개재된다.
일부 경우에, 전형적인 터보기계는 축방향으로 단계적인 또는 늦은 희박(late lean) 분사를 지원하도록 구성된다. 이러한 경우에, 2차 연료-공기 혼합물이 연소기 또는 전이 피스의 하류 섹션 내에서 2차 연소를 야기하기 위해 연소기 또는 전이 피스의 하류 섹션 내로 분사된다. 이러한 2차 연소는 질소 산화물과 같은 오염물질의 방출을 감소시키는 경향이 있다.
태양 및 이점이 후속하는 설명에서 아래에 기재되거나, 그 설명으로부터 명백할 수 있거나, 실시를 통해 학습될 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 축방향으로 단계적인 연소 시스템이다. 축방향으로 단계적인 연소 시스템은 1차 연료 노즐, 1차 연료 노즐로부터 하류에 한정되는 1차 연소 구역, 1차 연소 구역으로부터 하류에 배치되는 원추형 덕트, 및 원추형 덕트로부터 하류에 배치되는 일체형 출구 피스를 포함한다. 원추형 덕트 및 일체형 출구 피스는 덕트 섹션의 고온 가스 경로를 적어도 부분적으로 형성한다. 복수의 연료 분사기가 덕트 섹션의 축방향 중심선에 대해 반경방향 내향으로 배향되고, 1차 연소 구역으로부터 하류에 배치된다. 복수의 연료 분사기의 각각의 연료 분사기는 고온 가스 경로 내로의 2차 연료-공기 혼합물의 분사를 제공한다. 복수의 연료 분사기는 원추형 덕트 및 일체형 출구 피스 중 적어도 하나를 따라 분포된다.
본 발명의 다른 실시예는 연소 섹션이다. 연소 섹션은 공통 축방향 중심선 주위에 환형으로 배열되는 복수의 덕트 섹션을 포함한다. 각각의 덕트 섹션은 1차 연료 노즐로부터 하류에 한정되는 1차 연소 구역, 1차 연소 구역으로부터 하류로 연장되는 원추형 덕트 및 원추형 덕트로부터 하류에 배치되는 일체형 출구 피스를 포함한다. 원추형 덕트 및 일체형 출구 피스는 덕트 섹션의 고온 가스 경로를 적어도 부분적으로 형성한다. 복수의 연료 분사기가 덕트 섹션의 축방향 중심선에 대해 반경방향 내향으로 배향되고, 1차 연소 구역으로부터 하류에 배치된다. 복수의 연료 분사기의 각각의 연료 분사기는 고온 가스 경로 내로의 2차 연료-공기 혼합물의 분사를 제공한다. 복수의 연료 분사기는 원추형 덕트 및 일체형 출구 피스 중 적어도 하나를 따라 분포된다.
당업자는 본 명세서의 검토 시 그러한 실시예 및 다른 실시예의 특징부 및 태양을 더 잘 인식할 것이다.
당업자에게 최상인 모드를 포함한 다양한 실시예의 완전하고 가능한 개시 내용이, 첨부 도면에 대한 참조를 포함하여, 본 명세서의 나머지에서 더 구체적으로 설명된다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시예를 포함할 수 있는 예시적인 가스 터빈의 기능 블록도이다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시예를 포함할 수 있는 연소 섹션의 덕트 배열체의 상류로의 또는 후방에서 전방으로의 개략도이다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 도 2에 도시된 덕트 배열체의 예시적인 덕트 섹션을 도시하는 사시도이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 도 3에 도시된 바와 같은 덕트 섹션의 일부분의 측단면도이다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 도 2에 도시된 덕트 배열체의 예시적인 덕트 섹션을 도시하는 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 도 5에 도시된 바와 같은 덕트 섹션의 일부분의 측단면도이다.
이제, 본 발명의 실시예를 상세히 참조할 것이며, 실시예의 하나 이상의 예가 첨부 도면에 도시되어 있다. 상세한 설명은 도면 내의 특징부를 지칭하기 위해 숫자 및 문자 표시를 사용한다. 도면 및 설명 내의 동일하거나 유사한 표시가 본 발명의 동일한 또는 유사한 부분을 지칭하는 데 사용되었다.
본 명세서에 사용되는 바와 같이, 용어 "제1", "제2", 및 "제3"은 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위해 상호교환가능하게 사용될 수 있으며, 개별 구성요소의 위치 또는 중요성을 나타내려는 의도는 아니다. 용어 "상류" 및 "하류"는 유체 경로 내의 유체 유동에 대한 상대적인 방향을 지칭한다. 예를 들어, "상류"는 유체가 그로부터 유동하는 방향을 지칭하고, "하류"는 유체가 그로 유동하는 방향을 지칭한다. 용어 "반경방향으로"는 특정 구성요소의 축방향 중심선에 실질적으로 수직인 상대적인 방향을 지칭하고, 용어 "축방향으로"는 특정 구성요소의 축방향 중심선에 실질적으로 평행한 그리고/또는 동축으로 정렬된 상대적인 방향을 지칭하고, 용어 "원주방향으로"는 특정 구성요소의 축방향 중심선 둘레에서 연장되는 상대적인 방향을 지칭한다.
본 명세서에 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 설명하기 위한 것이며, 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에 사용되는 바와 같이, 단수 형태("a", "an" 및 "the")는 문맥상 명백히 달리 지시하지 않는 한 복수의 형태를 또한 포함하는 것으로 의도된다. 본 명세서에 사용될 때, 용어 "포함한다" 및/또는 "포함하는"은 언급된 특징부, 완전체(integer), 단계, 작동, 요소, 및/또는 구성요소의 존재를 명시하지만, 하나 이상의 다른 특징부, 완전체, 단계, 작동, 요소, 구성요소, 및/또는 이들의 그룹의 존재 또는 부가를 배제하지 않는 것을 추가로 이해할 것이다.
각각의 예는 제한이 아닌 설명으로서 제공된다. 실제로, 변형예 및 변경예가 본 발명의 범주 또는 사상으로부터 벗어남이 없이 이루어질 수 있다는 것이 당업자에게는 명백할 것이다. 예를 들어, 일 실시예의 일부로서 예시되거나 설명된 특징부는 다른 실시예에 대해 사용되어 또 다른 실시예를 산출할 수 있다. 따라서, 본 발명은 첨부된 청구범위 및 그의 등가물의 범주 내에 있는 것과 같은 그러한 변형예 및 변경예를 포괄하는 것으로 의도된다. 본 발명의 예시적인 실시예가 대체적으로 예시의 목적을 위해 지상의 발전용(land based power generating) 가스 터빈을 위한 연소기와 관련하여 설명될 것이지만, 당업자는 본 발명의 실시예가 터보기계용 연소기의 임의의 스타일 또는 유형에 적용될 수 있고 청구범위에 구체적으로 언급되지 않는 한 지상의 발전용 가스 터빈을 위한 연소기 또는 연소 시스템으로 제한되지 않는다는 것을 용이하게 이해할 것이다.
이제 도면을 참조하면, 도 1은 예시적인 가스 터빈(10)의 개략도를 도시한다. 가스 터빈(10)은 대체적으로 압축기(12), 압축기(12)의 하류에 배치되는 복수의 환형 배열 캔 연소기(can combustor)(도시되지 않음)를 갖는 연소 섹션(14), 및 연소 섹션(14)의 하류에 배치되는 터빈(16)을 포함한다. 더욱이, 가스 터빈(10)은 압축기(12)를 터빈(16)에 결합시키는 하나 이상의 샤프트(18)를 포함할 수 있다.
작동 중에, 공기(20)는 공기(20)를 점진적으로 압축하는 압축기(12) 내로 유동하고, 그에 따라서 압축 또는 가압 공기(22)를 연소 섹션(14)에 제공한다. 압축 공기(22)의 적어도 일부분은 연소 섹션(14)의 각각의 캔 연소기 내의 연료(24)와 혼합되고 연소되어 연소 가스(26)를 생성한다. 연소 가스(26)는 연소기(14)로부터 터빈(16) 내로 유동하는데, 여기서 (운동 및/또는 열) 에너지가 연소 가스(26)로부터 회전자 블레이드(도시되지 않음)로 전달되고, 따라서 샤프트(18)가 회전하게 한다. 이어서, 기계적 회전 에너지가, 예컨대 압축기(12)에 동력을 공급하고/하거나 전기를 발생시키기 위한 다양한 목적을 위해 사용될 수 있다. 이어서, 연소 가스(26)는 가스 터빈(10)으로부터 배기될 수 있다.
도 2는 적절하게 배향된 캔 연소기(도시되지 않음)와 함께 사용될 수 있는 연소 섹션(14)의 덕트 배열체(28)의 상류로의 또는 후방에서 전방으로의 개략도를 제공한다. 덕트 배열체(28)는 가스 터빈(10)의 축방향 중심선(32)과 같은 공통 축방향 중심선 주위에 환형으로 배열되는 복수의 별개의 덕트 섹션(30)을 포함한다. 각각의 덕트 섹션(30)은 공통 덕트 구조물(34) 내로 병합될 수 있다. 공통 덕트 구조물(34)은 모든 연소 가스(26)가 유동해서 들어가는 환형 챔버(36)를 포함하고/하거나 한정할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 예시적인 덕트 섹션(30)을 도시하는 사시도를 제공한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 덕트 섹션(30)은 연소 가스(26)를 터빈(16)(도 1)의 입구(도시되지 않음)를 향해 안내하기 위한 각각의 고온 가스 경로(38)(은선으로 도시됨)를 한정한다.
특정 실시예에서, 각각의 덕트 섹션(30)은, 순차적인 유동 순서로, 원통형 라이너 또는 덕트(100), 원통형 덕트(100)에 결합되고 그로부터 바로 하류에 그리고/또는 그에 인접하게 위치되는 원추형 라이너 또는 덕트(200), 및 원추형 덕트(200)로부터 하류에 배치되는 일체형 출구 피스(300)를 포함한다. 특정 실시예에서, 원통형 덕트(100)는 하나 이상의 1차 또는 축방향으로 배향된 연료 노즐(40)로부터 하류에 배치되고/되거나 그로부터 하류로 연장된다.
특정 실시예에서, 원통형 덕트(100)는 1차 연료 노즐(들)(40)로부터 하류에 있는 1차 연소 또는 반응 구역(42)을 적어도 부분적으로 한정할 수 있다. 원통형 덕트(100), 원추형 덕트(200) 및 일체형 출구 피스(300)는 함께 각각의 덕트 섹션(30)의 고온 가스 경로(38)를 적어도 부분적으로 형성한다. 각각의 각자 일체형 출구 피스(300)는 원주방향으로 인접한 2개의 일체형 출구 피스(300)와 상호연결되어 연소 가스(26)가 터빈(16)으로부터 바로 상류로 유동해서 들어가는 환형 챔버(36)(도 2)를 일체형 출구 피스(300)들의 집합체가 형성하게 한다.
특정 실시예에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 원추형 덕트(200)는 원추형 덕트(200)의 외부 표면(204)으로부터 반경방향 외향으로 연장되는 다양한 난류 유동 발생기(202)를 포함할 수 있다. 특정 실시예에서, 원추형 덕트(200)의 상류 또는 전방 단부(206)는 실질적으로 원통형일 수 있다. 특정 실시예에서, 원추형 덕트(200)는 원추형 덕트(200)의 전방 단부(206)와 후방 단부(208) 사이에서 각각의 덕트 섹션(30)의 축방향 중심선(44)을 향해 반경방향 내향으로 발산된다.
특정 실시예에서, 도 3에 도시된 바와 같이, 각각의 일체형 출구 피스(300)는 입구 단부(302)로부터 하류에 배치된 하류 단부(306) 및 대체로 직사각형인 단면을 갖는 입구 챔버(304)를 포함할 수 있다. 연결 세그먼트 또는 플랜지(308)가 입구 챔버(304)와 일체로 형성되고/되거나 그에 연결되고, 일체형 출구 피스(300)의 반경방향 내부 측부에 위치된다. 연결 세그먼트(308)는 대체로 직사각형인 단면을 갖고, 상류에 인접한 일체형 출구 피스(300)와의 접합부(도시되지 않음)를 형성하도록 구성될 수 있다. 특정 실시예에서, 연결 세그먼트(308)는 반경방향 연장 측벽(310)(도 3), 후방 연장 내부 벽(312) 및 후방 연장 외부 벽(314)을 포함한다. 본 발명과 조합하여 사용될 수 있는 유형의 공지된 일체형 출구 피스의 설명은 Charron의 미국 특허 제8,276,389호에 기재되어 있는데, 이 특허는 전체적으로 본 명세서에 참고로 포함된다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 도 3에 도시된 바와 같은 덕트 섹션(30)의 일부분의 측단면도를 제공한다. 특정 실시예에서, 도 4에 도시된 바와 같이, 원통형 덕트(100)의 후방 단부(102)는 원추형 덕트(200)의 전방 단부(206) 내로 연장될 수 있다. 조인트(46)가 원추형 덕트(200)의 후방 단부(208)와 일체형 출구 피스(300)의 전방 또는 입구 단부(302) 사이에 형성될 수 있다. 도 3 및 도 4에 집합적으로 도시된 바와 같이, 로킹 링(locking ring)(48) 또는 다른 기계식 체결 수단이 원추형 덕트(200)의 후방 단부(208)를 일체형 출구 피스(300)의 입구 단부(302)에 고정시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 예시적인 덕트 섹션(30)의 사시도를 제공한다. 도 6은 본 발명의 다양한 실시예에 따른, 도 5에 도시된 바와 같은 덕트 섹션(30)의 일부분의 측단면도를 제공한다. 특정 실시예에서, 도 5 및 도 6에 집합적으로 도시된 바와 같이, 덕트 섹션(30)은, 순차적인 유동 순서로, 원통형 덕트(100), 원추형 덕트(200), 중간 덕트 또는 라이너(400) 및 일체형 출구 피스(300)를 포함할 수 있다.
중간 덕트(400)의 전방 단부(402)는 조인트(50)에서 원추형 덕트(200)의 후방 단부(208)에 연결되거나 그와 결합될 수 있다. 중간 덕트(400)의 후방 단부(404)는 조인트(52)에서 일체형 출구 피스(300)의 입구 단부(302)에 연결되거나 그와 결합될 수 있다. 도 5 및 도 6에 집합적으로 도시된 바와 같이, 제1 로킹 링(54)이 원추형 덕트(200)의 후방 단부(208)를 조인트(50)에서 중간 덕트(400)의 전방 단부(402)에 고정시킬 수 있다. 제2 로킹 링(56)이 중간 덕트(400)의 후방 단부(404)를 조인트(52)에서 일체형 출구 피스(300)의 입구 단부(302)에 고정시킬 수 있다. 중간 덕트(400)는 하기를 포함하는 몇몇 기능의 일부 또는 전부를 제공한다: 일체형 출구 피스(300)에 진입하는 연소 가스 유동을 조준하는 것; 원추형 덕트(200)의 후방 단부(208)로부터 중간 덕트(400)로 진입하는 연소 가스 유동의 단면을 원형으로부터 일체형 출구 피스(300)로부터의 상류에서의 둥근 코너를 갖는 좀 더 사변형인 형상으로 전이시키는 것; 및 원추형 덕트(200) 내에서 일어나는 가속도에 더하여 연소 가스(26)를 추가로 가속시키는 것.
다양한 실시예에서, 도 3 내지 도 6에 집합적으로 도시된 바와 같이, 덕트 섹션(30)들 중 하나 이상은 1차 연료 노즐(들)(38) 및 1차 연소 구역(40)으로부터 하류에 분포되거나 축방향으로 단계적으로 되어 있는 복수의 연료 분사기(500)를 포함한다. 복수의 연료 분사기(500)는 덕트 섹션(30)을 따라 다양한 축방향 및 원주방향 위치에 분포될 수 있다. 복수의 연료 분사기(500)의 각각의 각자 연료 분사기(500)는 연료 공급부(58)에 유체 결합되고 덕트 섹션(30)을 관통하여, 고온 가스 경로(38) 내의 1차 연소 구역(42)으로부터 유동하는 연소 가스(26)의 유동에 대해 실질적으로 반경방향 내향으로 또는 그 유동에 실질적으로 수직으로 연료-공기(60)의 제2 유동을 지향시키게 한다. 연료 공급부(58)는 가스 연료, 액체 연료, 또는 가스 및 액체 연료 둘 모두를 연료 분사기(500)에 공급할 수 있다.
다양한 실시예에서, 복수의 연료 분사기(500)는 원통형 덕트(100), 원추형 덕트(200), 중간 덕트(400), 출구 피스(300) 또는 이들의 임의의 조합 중 임의의 하나를 따라 분포될 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에서, 복수의 연료 분사기(500)는 원통형 덕트(100)를 가로질러 분포된다. 일 실시예에서, 복수의 연료 분사기(500)는 원추형 덕트(200)를 가로질러 분포된다. 일 실시예에서, 복수의 연료 분사기(500) 중 적어도 하나의 연료 분사기(500)는 입구 출구 피스(300)를 가로질러 분포된다. 일 실시예에서, 도 5에 도시된 바와 같이, 복수의 연료 분사기(500)는 중간 덕트(400)를 가로질러 분포된다.
일 실시예에서, 도 3 내지 도 6에 집합적으로 도시된 바와 같이, 복수의 연료 분사기(500) 중 하나 이상의 연료 분사기(502)가 입구 출구 피스(300)를 따라 분포되고, 입구 출구 피스(300)를 통해 그리고 고온 가스 경로(38) 내로 2차 연료-공기 혼합물(60)의 유체 연통을 제공한다. 복수의 연료 분사기(500) 중 적어도 하나의 연료 분사기(502)는 입구 챔버(304), 연결 세그먼트(308)의 반경방향 연장 측벽(310), 연결 세그먼트(308)의 후방 연장 내부 벽(312), 연결 세그먼트(308)의 후방 연장 외부 벽(314), 및 연결 세그먼트(308)의 연결 플랜지(316) 중 하나 이상을 따라 분포될 수 있다.
일 실시예에서, 복수의 연료 분사기(500) 중 적어도 하나의 연료 분사기(502)는 입구 챔버(304)를 따라 위치된다. 일 실시예에서, 복수의 연료 분사기(500) 중 적어도 하나의 연료 분사기(500)는 연결 세그먼트(308)의 반경방향 연장 측벽(310)을 따라 위치된다. 일 실시예에서, 복수의 연료 분사기(500) 중 적어도 하나의 연료 분사기(502)는 연결 세그먼트(308)의 후방 연장 내부 벽(312)을 따라 위치된다. 일 실시예에서, 복수의 연료 분사기(500) 중 적어도 하나의 연료 분사기(502)는 연결 세그먼트(308)의 후방 연장 외부 벽(314)을 따라 위치된다. 일 실시예에서, 복수의 연료 분사기(500) 중 적어도 하나의 연료 분사기(502)는 연결 세그먼트(308)의 연결 플랜지(316)를 따라 위치된다.
특정 실시예에서, 도 3 내지 도 6에 집합적으로 도시된 바와 같이, 복수의 연료 분사기(500) 중 하나 이상의 연료 분사기(504)가 원추형 덕트(200)를 따라 분포되고, 원추형 덕트(200)를 통해 그리고 고온 가스 경로(38) 내로 2차 연료-공기 혼합물(60)의 유체 연통을 제공한다. 원추형 덕트(200)를 따라 분포된 복수의 연료 분사기(500) 중 하나 이상의 연료 분사기(504)는 각각의 덕트 섹션(30)의 축방향 중심선(44)에 대해 원추형 덕트(200) 주위에 원주방향으로 이격될 수 있고/있거나 축방향으로 이격될 수 있다.
특정 실시예에서, 도 3 내지 도 6에 집합적으로 도시된 바와 같이, 복수의 연료 분사기(500) 중 하나 이상의 연료 분사기(506)가 원통형 덕트(100)를 따라 분포될 수 있고, 원통형 덕트(100)를 통해 그리고 고온 가스 경로(38) 내로 2차 연료-공기 혼합물(60)의 유체 연통을 제공할 수 있다. 원통형 덕트(100)를 따라 배치된 하나 이상의 연료 분사기(506)는 각각의 덕트 섹션(30)의 축방향 중심선(44)에 대해 원통형 덕트(100) 주위에 원주방향으로 이격될 수 있고/있거나 축방향으로 이격될 수 있다.
특정 실시예에서, 도 5 및 도 6에 집합적으로 도시된 바와 같이, 복수의 연료 분사기(500) 중 하나 이상의 연료 분사기(508)가 중간 덕트(400)를 따라 분포될 수 있고, 중간 덕트(400)를 통해 그리고 고온 가스 경로(38) 내로 2차 연료-공기 혼합물(60)의 유체 연통을 제공할 수 있다. 중간 덕트(400)를 따라 배치된 하나 이상의 연료 분사기(508)는 각각의 덕트 섹션(30)의 축방향 중심선(44)에 대해 중간 덕트(400) 주위에 원주방향으로 이격될 수 있고/있거나 축방향으로 이격될 수 있다.
유리하게는, 연료 분사기(500, 502, 504, 506, 508)는, 전체 연소 섹션(14)에 유연성을 제공하면서, 연소 공정 동안 발생되는 바람직하지 않은 방출물을 감소시키는 능력을 제공한다. 축방향으로 단계적인 또는 늦은 희박 분사는 또한, 정유 가스와 같은 대안 가스를 포함한 다수의 가스 스트림을, 비-축방향으로 단계적인 연소 시스템이 대체적으로 취급할 수 없는 고온 가스 경로(38) 내로 분사하게 할 수 있다.
이러한 설명은, 최상의 모드를 포함한 본 발명을 개시하기 위하여, 그리고 임의의 디바이스 또는 시스템을 제조 및 이용하는 것 및 임의의 포함된 방법을 수행하는 것을 포함한 본 발명을 어떠한 당업자도 실시하는 것을 가능하게 하기 위하여 예들을 사용한다. 본 발명의 특허가능 범주는 청구범위에 의해서 한정되고, 당업자에게 떠오르는 다른 예들을 포함할 수 있을 것이다. 그러한 다른 예들이 청구범위의 문헌적 표현과 상이하지 않은 구조적 요소를 포함한다면, 또는 그들이 청구범위의 문헌적 표현과 사소한 차이를 갖는 등가의 구조적 요소를 포함한다면, 그러한 다른 예들은 청구범위의 범주 내에 있는 것으로 의도된다.

Claims (20)

  1. 축방향으로 단계적인(axially staged) 연소 시스템으로서,
    1차 연료 노즐;
    상기 1차 연료 노즐로부터 하류에 한정되는 1차 연소 구역;
    상기 1차 연소 구역으로부터 하류에 배치되는 원추형 덕트;
    상기 원추형 덕트로부터 하류에 배치되는 일체형 출구 피스(exit piece) - 상기 원추형 덕트 및 상기 일체형 출구 피스는 덕트 섹션의 고온 가스 경로를 적어도 부분적으로 형성함 -; 및
    상기 덕트 섹션의 축방향 중심선에 대해 반경방향 내향으로 배향되고 상기 1차 연소 구역으로부터 하류에 배치되는 복수의 연료 분사기 - 상기 복수의 연료 분사기의 각각의 연료 분사기는 상기 고온 가스 경로 내로의 2차 연료-공기 혼합물의 분사를 제공하고, 상기 복수의 연료 분사기는 상기 원추형 덕트 및 상기 일체형 출구 피스 중 적어도 하나를 따라 분포됨 - 를 포함하는, 축방향으로 단계적인 연소 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 복수의 연료 분사기는 상기 원추형 덕트를 따라 배치되는, 축방향으로 단계적인 연소 시스템.
  3. 제1항에 있어서, 상기 복수의 연료 분사기는 상기 일체형 출구 피스를 따라 배치되는, 축방향으로 단계적인 연소 시스템.
  4. 제1항에 있어서, 상기 일체형 출구 피스는 반경방향 연장 측벽, 후방 연장 내부 벽, 후방 연장 외부 벽 및 플랜지를 포함하는 연결 세그먼트를 포함하는, 축방향으로 단계적인 연소 시스템.
  5. 제4항에 있어서, 상기 복수의 연료 분사기 중 적어도 하나의 연료 분사기는 상기 연결 세그먼트의 반경방향 연장 측벽을 따라 배치되는, 축방향으로 단계적인 연소 시스템.
  6. 제4항에 있어서, 상기 복수의 연료 분사기 중 적어도 하나의 연료 분사기는 상기 연결 세그먼트의 후방 연장 내부 벽을 따라 배치되는, 축방향으로 단계적인 연소 시스템.
  7. 제4항에 있어서, 상기 복수의 연료 분사기 중 적어도 하나의 연료 분사기는 상기 연결 세그먼트의 후방 연장 외부 벽을 따라 배치되는, 축방향으로 단계적인 연소 시스템.
  8. 제4항에 있어서, 상기 복수의 연료 분사기 중 적어도 하나의 연료 분사기는 상기 연결 세그먼트의 플랜지를 따라 배치되는, 축방향으로 단계적인 연소 시스템.
  9. 제1항에 있어서, 상기 원추형 덕트의 전방 단부 내로 축방향으로 연장되는 후방 단부를 갖는 원통형 덕트를 추가로 포함하고, 상기 원통형 덕트는 상기 고온 가스 경로를 추가로 한정하고, 상기 복수의 연료 분사기 중 적어도 하나의 연료 분사기는 상기 원통형 덕트를 따라 배치되는, 축방향으로 단계적인 연소 시스템.
  10. 제1항에 있어서, 상기 원추형 덕트의 후방 단부와 상기 일체형 출구 피스 사이에 배치되는 중간 덕트를 추가로 포함하고, 상기 중간 덕트는 상기 고온 가스 경로를 추가로 한정하고, 상기 복수의 연료 분사기 중 적어도 하나의 연료 분사기는 상기 중간 덕트를 따라 배치되는, 축방향으로 단계적인 연소 시스템.
  11. 연소 섹션으로서,
    공통 축방향 중심선 주위에 환형으로 배열되는 복수의 덕트 섹션을 포함하고, 각각의 덕트 섹션은,
    1차 연료 노즐로부터 하류에 한정되는 1차 연소 구역;
    상기 1차 연소 구역으로부터 하류로 연장되는 원추형 덕트;
    상기 원추형 덕트로부터 하류에 배치되는 일체형 출구 피스 - 상기 원추형 덕트 및 상기 일체형 출구 피스는 상기 덕트 섹션의 고온 가스 경로를 적어도 부분적으로 형성함 -; 및
    상기 덕트 섹션의 축방향 중심선에 대해 반경방향 내향으로 배향되고 상기 1차 연소 구역으로부터 하류에 배치되는 복수의 연료 분사기 - 상기 복수의 연료 분사기의 각각의 연료 분사기는 상기 고온 가스 경로 내로의 2차 연료-공기 혼합물의 분사를 제공하고, 상기 복수의 연료 분사기는 상기 원추형 덕트 및 상기 일체형 출구 피스 중 적어도 하나를 따라 분포됨 - 를 포함하는, 연소 섹션.
  12. 제11항에 있어서, 상기 복수의 연료 분사기는 상기 원추형 덕트를 따라 배치되는, 연소 섹션.
  13. 제11항에 있어서, 상기 복수의 연료 분사기는 상기 일체형 출구 피스를 따라 배치되는, 연소 섹션.
  14. 제11항에 있어서, 상기 일체형 출구 피스는 반경방향 연장 측벽, 후방 연장 내부 벽, 후방 연장 외부 벽 및 플랜지를 포함하는 연결 세그먼트를 포함하는, 연소 섹션.
  15. 제14항에 있어서, 상기 복수의 연료 분사기 중 적어도 하나의 연료 분사기는 상기 연결 세그먼트의 반경방향 연장 측벽을 따라 배치되는, 연소 섹션.
  16. 제14항에 있어서, 상기 복수의 연료 분사기 중 적어도 하나의 연료 분사기는 상기 연결 세그먼트의 후방 연장 내부 벽을 따라 배치되는, 연소 섹션.
  17. 제14항에 있어서, 상기 복수의 연료 분사기 중 적어도 하나의 연료 분사기는 상기 연결 세그먼트의 후방 연장 외부 벽을 따라 배치되는, 연소 섹션.
  18. 제14항에 있어서, 상기 복수의 연료 분사기 중 적어도 하나의 연료 분사기는 상기 연결 세그먼트의 플랜지를 따라 배치되는, 연소 섹션.
  19. 제11항에 있어서, 상기 원추형 덕트의 전방 단부 내로 축방향으로 연장되는 후방 단부를 갖는 원통형 덕트를 추가로 포함하고, 상기 원통형 덕트는 상기 고온 가스 경로를 추가로 한정하고, 상기 복수의 연료 분사기 중 적어도 하나의 연료 분사기는 상기 원통형 덕트를 따라 배치되는, 연소 섹션.
  20. 제11항에 있어서, 상기 원추형 덕트의 후방 단부와 상기 일체형 출구 피스 사이에 배치되는 중간 덕트를 추가로 포함하고, 상기 중간 덕트는 상기 고온 가스 경로를 추가로 한정하고, 상기 복수의 연료 분사기 중 적어도 하나의 연료 분사기는 상기 중간 덕트를 따라 배치되는, 연소 섹션.
KR1020197024159A 2017-02-24 2018-02-15 축방향으로 단계적인 연료 분사를 갖는 연소 시스템 KR102507935B1 (ko)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/441,421 US20180245792A1 (en) 2017-02-24 2017-02-24 Combustion System with Axially Staged Fuel Injection
US15/441,421 2017-02-24
PCT/US2018/018442 WO2018156419A1 (en) 2017-02-24 2018-02-15 Combustion system with axially staged fuel injection

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20190126778A true KR20190126778A (ko) 2019-11-12
KR102507935B1 KR102507935B1 (ko) 2023-03-08

Family

ID=61527547

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020197024159A KR102507935B1 (ko) 2017-02-24 2018-02-15 축방향으로 단계적인 연료 분사를 갖는 연소 시스템

Country Status (6)

Country Link
US (1) US20180245792A1 (ko)
EP (1) EP3586062B1 (ko)
JP (1) JP7051884B2 (ko)
KR (1) KR102507935B1 (ko)
CN (1) CN110476017A (ko)
WO (1) WO2018156419A1 (ko)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US11668242B2 (en) * 2020-09-29 2023-06-06 General Electric Company Fuel injection assembly for a turbomachine
WO2024079656A1 (en) * 2022-10-11 2024-04-18 Ecospectr Llc Two-stage burner with two-layer vortex countercurrent flow

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110203282A1 (en) * 2008-09-29 2011-08-25 Charron Richard C Assembly for directing combustion gas
JP2014181903A (ja) * 2013-03-15 2014-09-29 General Electric Co <Ge> ガスタービンにおける下流側燃料及び空気噴射に関連する方法
US20150204243A1 (en) * 2014-01-23 2015-07-23 Siemens Energy, Inc. Structural support bracket for gas flow path

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US8915089B2 (en) * 2010-01-25 2014-12-23 General Electric Company System and method for detecting and controlling flashback and flame holding within a combustor
US9133722B2 (en) 2012-04-30 2015-09-15 General Electric Company Transition duct with late injection in turbine system
US20130318991A1 (en) * 2012-05-31 2013-12-05 General Electric Company Combustor With Multiple Combustion Zones With Injector Placement for Component Durability
US9316155B2 (en) * 2013-03-18 2016-04-19 General Electric Company System for providing fuel to a combustor
US10094571B2 (en) * 2014-12-11 2018-10-09 General Electric Company Injector apparatus with reheat combustor and turbomachine
US10094569B2 (en) * 2014-12-11 2018-10-09 General Electric Company Injecting apparatus with reheat combustor and turbomachine
CN107923621B (zh) 2015-07-24 2020-03-10 西门子公司 具有减少的燃烧停留时间的带延迟稀薄喷射的燃气涡轮过渡管道

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20110203282A1 (en) * 2008-09-29 2011-08-25 Charron Richard C Assembly for directing combustion gas
JP2014181903A (ja) * 2013-03-15 2014-09-29 General Electric Co <Ge> ガスタービンにおける下流側燃料及び空気噴射に関連する方法
US20150204243A1 (en) * 2014-01-23 2015-07-23 Siemens Energy, Inc. Structural support bracket for gas flow path

Also Published As

Publication number Publication date
KR102507935B1 (ko) 2023-03-08
JP7051884B2 (ja) 2022-04-11
EP3586062A1 (en) 2020-01-01
US20180245792A1 (en) 2018-08-30
CN110476017A (zh) 2019-11-19
JP2020508431A (ja) 2020-03-19
WO2018156419A1 (en) 2018-08-30
EP3586062B1 (en) 2024-05-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7109884B2 (ja) ガスタービンの流れスリーブの取り付け
US9182122B2 (en) Combustor and method for supplying flow to a combustor
US10788215B2 (en) Fuel nozzle assembly with flange orifice
US10215413B2 (en) Bundled tube fuel nozzle with vibration damping
US10422533B2 (en) Combustor with axially staged fuel injector assembly
US10697639B2 (en) Dual-fuel fuel nozzle with liquid fuel tip
EP2578940A2 (en) Combustor and method for supplying flow to a combustor
US10344978B2 (en) Combustion liner cooling
KR102507935B1 (ko) 축방향으로 단계적인 연료 분사를 갖는 연소 시스템
US20180106481A1 (en) Combustion chamber and a combustion chamber fuel injector seal
US10634344B2 (en) Fuel nozzle assembly with fuel purge
CN113864818A (zh) 燃烧器空气流动路径
CN109140503B (zh) 具有气体和液体燃料能力的双燃料燃料喷嘴
US10746101B2 (en) Annular fuel manifold with a deflector
US10669942B2 (en) Endcover assembly for a combustor
US10408455B2 (en) Fuel nozzle assembly with fuel inlet slots
JP7051298B2 (ja) 燃焼ライナ冷却
GB2564913A (en) A combustion chamber and a combustion chamber fuel injector seal

Legal Events

Date Code Title Description
AMND Amendment
AMND Amendment
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
AMND Amendment
E601 Decision to refuse application
X091 Application refused [patent]
AMND Amendment
X701 Decision to grant (after re-examination)
GRNT Written decision to grant